Bedrijfs- en elektrische beveiligingskenmerken van aardingsapparaten
De belangrijkste functie van aardingsapparaten is om voldoende geleiding te bieden voor de werking van het relaisbeveiligingscircuit om de onder spanning staande delen van de elektrische installatie af te sluiten op het geaarde frame of de aarde.
Daarom is de belangrijkste elektrische eigenschap van het aardingsapparaat de aardingsgeleidbaarheid Gzy of de omgekeerde waarde ervan Rz — weerstand van het aardingsapparaat gelijk aan Rzy = Rs + Rzp, waarbij Rz de weerstand is van de stroom die zich verspreidt van de aardingselektrode naar de aarde (weerstand van geaarde elektrode), RZp — weerstand van de aardingsdraden.
De weerstand van een stroom die zich voortplant van de aardelektrode in de grond, wordt gevormd door de gehele stroomvoortplantingszone - het volume van de grond, beginnend vanaf het oppervlak van de geaarde elektrode, de elektrische potentiaal φ die tijdens het passeren van stroom Азs in de grond is φ3, en naar de zone waar φ praktisch nul is (zone met nulpotentiaal).
In overeenstemming met De wet van Ohm aardingsweerstand is gelijk aan de verhouding van het potentiaal van de knooppunten op het punt van stroominvoer naar de aardelektrode tot de stroom Azz die de aardelektrode in de grond verlaat Rs = φsmax /Азс
Merk op dat de potentiële φ-golf numeriek gelijk is aan de spanning van de aardelektrode Uz. Daarom wordt de formule meestal geschreven in de vorm Rs = Uc /Azc
De elektrische beschermende functie van het aardingsapparaat bestaat uit het beperken van de spanning tot de toegestane limieten waarbij een persoon in contact kan komen met het geaarde lichaam van de elektrische installatie (met de metalen structurele delen van de elektrische installatie die normaal niet onder spanning staan) tijdens het sluiten van de fase naar de behuizing of aarde.
Beschouw een geval van kortsluiting in een elektrisch netwerk boven 1 kV met een effectief geaarde nulleider (bij hoge aardlekstromen, afb. 1). Het elektrische circuit omvat de fase van de voedingstransformator, de geleider van de voedingsdraad, het lichaam van de meegeleverde transformator, het aardingsapparaat, de aarde, het aardingsapparaat van de voedingstransformator.
Een verdeling van de potentiaal φ op het aardoppervlak in de stroomspreidingszone komt overeen met de algemeen aanvaarde positieve richting voor de stroom Azz die de aarde binnenkomt vanaf het aardingsapparaat van de voedingstransformator. Het aardpotentiaal heeft de grootste positieve waarde φmax op een punt boven een van de centrale elektroden van de aardelektrode.
Rijst. 1.Elektrisch schema van een kortsluiting naar de behuizing in een netwerk met een spanning hoger dan 1 kV met effectieve nulleideraarding: 1 — vermogenstransformator; 2 — elektrische ontvanger; 3 — aardingsdraad; 4 — aardelektrode; A — B en A ' — B' — huidige verspreidingszones; a, b — punten van mogelijk gelijktijdig contact van de persoon met de geaarde behuizing en de grond; b, b'- punten in de huidige verspreidingszone, waarop een persoon tegelijkertijd kan stappen
Met de afstand tot de aardelektrode neemt het potentiaal in de grond relatief snel af, en op een afstand die ongeveer gelijk is aan 20 grote diagonalen van de contour van het aardingsapparaat, wordt het minder dan 2% van het aardingspotentiaal φmax. Op zo'n afstand van de aardelektrode wordt de potentiaal meestal als nul beschouwd.
Evenzo verandert het potentiaal in de buurt van het aardingsapparaat van de voedingstransformator. Met betrekking tot de aangenomen richting van de stroom wordt het potentieel als negatief beschouwd.
Er zijn twee belangrijke gevaarlijke situaties waarin een persoon in het stroomdistributiegebied energiek kan worden. De eerste situatie: een persoon staat op de grond in transformatorstations, schakelborden en andere apparaten en raakt de metalen geaarde delen van de elektrische installatie aan.
In feite zijn de absolute waarden van de potentialen van de punten op het aardoppervlak in de stroomspreidingszone, inclusief φmax, altijd kleiner dan die van de geaarde metalen delen van de elektrische installatie, waarvan het potentieel, als we de spanning negeren druppel in de horizontale elektroden van een complex aardingssysteem, is een φ-golf.
Daarom, wanneer een persoon in het huidige distributiegebied staat, bijvoorbeeld op punt b (Fig.1) en raakt het geaarde lichaam van de elektrische installatie niet, dan ontstaat tussen het lichaam (punt a in Fig. 1) en punt b de zogenaamde aanraakspanningUdp, die kan worden beschouwd als de nullastspanning van een actieve twee- terminalnetwerk met een bekende interne weerstand (Fig. 2), numeriek gelijk aan de weerstand van een stroom die zich verspreidt van twee menselijke voeten in de grond Rnp.
Rijst. 2. Per definitie Un: a en b — punten volgens figuur 1 die een persoon aanraakt met een hand (palm) en voet (zool)
Als een persoon op punt b staat" Raakt punt a aan, dan valt hij onder een aanraakspanning Up, gelijk aan het product van de stroom volgens de wet van Ohm Azt passeert, maar zijn lichaam, op de weerstand van zijn lichaam RT: Un = Azt x RT.
Stroom Azm is gelijk aan de verhouding Udp tot de som van de weerstanden Rt en Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)
Betekenis RT/(Rt + Rnp) wordt meestal aangeduid met de letter βp... Dan Upp = Udp x βp. merk op dat βp altijd kleiner is dan één en daarom is Up kleiner dan Udp.
De tweede gevaarlijke situatie houdt verband met het feit dat in het gebied van de huidige voortplanting een persoon gewoonlijk zo staat of loopt dat zijn voeten zich op punten met verschillende mogelijkheden bevinden, bijvoorbeeld op de punten b en b' in afb. 1. Om de tweede gevaarlijke situatie te karakteriseren, introduceren we de begrippen stapspanningen en stapspanningen.
Rijst. 3. Volgens UNC-definitie: b, b'- punten volgens afb. 1., waarop de persoon staat.
Stapspanning Udsh is het potentiaalverschil tussen twee punten op de grond in het gebied van stroomverdeling, waarop een persoon tegelijkertijd kan stappen.
Naar analogie met de eerste gevaarlijke situatie kan de Udsh-waarde worden geïnterpreteerd als de nullastspanning van een actief tweepolig netwerk met een bekende interne weerstand (Fig. 3). Wanneer een persoon op de punten stapt waartussen Udsh handelde, wordt de weerstand van het menselijk lichaam Rtsh langs het pad "voet - voet" opgenomen in het bipolaire circuit.
In dit geval is de interne weerstand van een actief netwerk met twee aansluitingen de stapstroomdissipatieweerstand Rtsh, die kan worden vereenvoudigd als de som van twee identieke weerstanden tegen de stroom die zich vanuit elk menselijk been naar de grond verspreidt.
De stapspanning wordt als volgt gedefinieerd: Uw = Azt x Rtsh.
De begrippen aanraking en stapstress zijn ook van toepassing op dieren. In dit geval wordt onder de aanrakingsspanning verstaan het potentiaalverschil tussen de neusspiegel of de nek en de benen, en de voetspanning tussen de voor- en achterbenen.
De belangrijkste kenmerken waarmee het mogelijk is om de operationele en elektrische beschermende eigenschappen van de aardingsapparaten vast te stellen, zijn de weerstand van de aardelektrode (Rz), de aanraakspanning (Up) en de stapspanning (Ush) gevonden tijdens het berekende seizoen bij de berekende waarde van de huidige Azz.
De waarden van Up en Ush zijn afhankelijk van de coëfficiënten van het karakter van het huidige veld dat de voeten van de persoon in de grond laat, en de weerstand van het lichaam van de persoon, die een functie is van de stroom die door zijn lichaam gaat, en de weerstand Rz. Daarom, om bereken de weerstand van het aardingsapparaat en aanraak- en trapspanningen, is het nodig om de elektrische velden te kunnen berekenen van stromen die de aardelektroden in de grond verlaten.